磁传感器在航海上的应用.pdf

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1、第32卷第2期大连海事大学学报VoI.32No.22006年5月JournalofDalianMaritimeUniversityMay2006!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：1006-7736（2006）02-0045-04"磁传感器在航海上的应用关政军，陈小凤（大连海事大学航海学院，辽宁大连116026）摘要：针对磁传感器技术发展中存在的问题，论述了霍尔罗经、磁通门罗经、磁阻罗经和巨磁电阻罗经的基本原理、工作特点及其在航海上的应用.并基于巨磁电阻传感器工作原理，结合微

2、处理机技术，研制了可在船上应用的巨磁电阻罗经，在航海上有广阔的应用前景.关键词：船舶工程；导航设备；巨磁电阻；磁传感器；磁罗经中图分类号：U666.151文献标识码：A舶自身的船磁场使罗经产生的自差.输入当地的0引言磁差后，罗经可直接显示船舶的真航向.与传统的随着以信息和计算机技术为代表的高新技术磁罗经相比，电子磁罗经没有转动的机械部件，体的迅速发展，船舶正在向智能化、自动化和数字化积小、重量轻、数字显示、指向精度高，适应船舶自方向发展，船上的各种导航仪器已不再是孤立的，动化的要求，是磁罗经的发展方向.［1］而是组合在一起发挥组合导航的优势.磁罗经1电子磁罗经作为船舶必不可少

3、的导航仪器之一，其功能已从单纯的指示航向，发展为一个航向传感器，为雷电子磁罗经的核心部分是磁性传感器，不同达、ARPA、卫导等设备提供航向信息.目前，船舶工作原理的磁传感器构成了不同类型的罗经.目要求配备AIS设备，由于AIS设备需要本船为它前在航海上应用的磁性传感器的种类很多，主要提供航向信号，对于那些要求配备AIS设备而又有线圈式的、基于霍尔效应原理的、磁通门效应原没有安装电罗经的船舶，就要由磁罗经向AIS提理的、磁阻效应原理的和巨磁电阻效应原理的传［2］供航向信号.感器.它们可以检测磁场的大小、方向，确定载体由于传统的磁罗经无法直接输出航向电信的角度、位置和位移等参量.

4、号，若要提供航向信息，必须利用磁场传感器直接线圈式传感器作为传统的磁传感器，基于法敏感周围磁场，把随外界磁场变化的感应信号进拉第电磁感应原理工作，其体积大、成本高，主要行处理后，直接输出罗经航向，即电子磁罗经.它应用于测量磁场变化的场合.例如在交通管制中的输出已摆脱了传统磁罗经单一的模拟输出方通过埋在道路中的电路回路由车辆来触发红绿灯式，可用数码管显示数字航向，并将航向方便地传信号等.送到需要显示航向的地方.由于电子磁罗经采用1.1霍尔罗经（~aIIcompass）了计算机技术，除可完成指向功能外，还可以测量霍尔罗经是基于霍尔效应原理工作的，在半载体的姿态（IoIIing，p

5、itching，yawing），自动地消导体薄片上若沿!轴方向通入电流，沿"轴方向除由于船舶摇摆而使罗经产生的摇摆误差及由船加上磁感应强度，则电流与磁感应强度相垂直#薄"收稿日期：2005-10-21.作者简介：关政军（1950-），男，吉林永吉人，教授；E-maiI：dImugZtom.com.46大连海事大学学报第32卷片中的正电荷在洛仑兹力作用下向垂直于XY平圈中的感应电势不能互相抵消，输出波形不对称，面方向聚集，结果在薄片的上下表面形成正负电主要成分为激磁频率的二次谐波.由于外磁场产荷的积累，形成电势差，即霍尔电压UH.霍尔罗生感应电压的幅值与施加的磁场成正比，即可通

6、经均采用二个完全对称的霍尔器件分别沿船首尾过测量与外磁场成正比的二次谐波分量来测量外方向和左右正横方向放置，见图1，沿船首尾方向磁场.图2磁通门效应磁通门传感器在制造工艺上非常敏感，分辨图1霍尔器件输出电压率最低为8X10-5A/m，可以测量直流或交流磁霍尔器件输出电压与船航向关系为场，磁通门传感器主要用于检测弱磁场，其性能可UHX=UHcos!靠、经济、耐用，与霍尔和磁阻传感器相比，它们的其中：UHX为船首尾方向的霍尔电压；!为船首与尺寸规格大、价格贵.磁通门传感器通常做成三轴磁场H方向的夹角.而沿船左右正横方向霍尔器结构，即沿船舶X、Y、Z互相垂直的三轴方向放件输出电压与

7、航向关系为置传感器，类似于霍尔罗经工作原理，当测得位于UHY=UHsin!平面上X和Y二轴传感器的输出电压并经计算由图1可见，船舶航向后，即可获得船舶的航向.与传统的磁罗经相比，-（1U）!=tanHY/UHX磁通门罗经体积小、重量轻、数字显示、指向精度由此可见，航向!与霍尔电压UHY、UHX有一高，还可将航向信号传送给雷达、ARPA等其他设一对应关系.备，适应船舶自动化的要求.但磁通门罗经的响应霍尔传感器由经过特殊工艺制造的半导体材时间较长，当载体运动时，如对于高速航行的船舶料制成.近年来，除用Ins